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新能源电池“变天”:1.6万亿市场,安全优于锂电,新王者来了?

原标题:新能源电池“变天”:1.6万亿市场,安全优于锂电,新王者来了?

又一新能源的热地。钒矿资源中国第一,钒电难以自燃和爆炸,且循环使用,还加上一个1.6万亿元的市场。未来,随着技术的创新,解决钒电能量密度、容量问题,让钒电池的不仅应用到大规模的储能电站,更能应用到电动汽车小型的应用场景中,或许到那时,钒电才会迎来真正的井喷式发展。

文/每日资本论

就在锂电志得意满之时,钒电象一头公牛冲进了瓷器店。

刚刚过去的9月,对中国储能市场来说或许意义重大。9月29日,由中国科学院大连化学物理研究所等团队共同参与的百兆瓦级大连液流电池储能调峰电站进入并网调试最后阶段,预计10月中旬正式投入使用。该电站是国家首个100MW级大型电化学储能国家示范项目,也是迄今为止全球功率最大、容量最大的液流电池储能调峰电站

也在这个9月,湖南红坪100MW/400MWh长时全钒液流储能电站项目签约,总投资6.8亿元,预计2023年6月底全容量建成并网运行;国内首个GWh级全钒液流储能电站在新疆察布查尔县开工,项目计划2023年年底前并网;中核汇能首个GWh级别的全钒液流电池储能系统集采……

简单说,过去的一个月中国钒电市场迎来了集中的爆发。

敏感的资本市场早已闻风而动。两个月前,钒电池板块突然异动,并快速领跑市场。钒电池概念指数显示,自7月以来截至7月21日,该指数报收1924.42点,累计上涨了35%。龙头钒钛股份16个交易日股价翻番、攀钢钒钛15个交易日涨幅达到了96%、振华股份一个多月时间股价也接近了翻番。

不过,经过一轮大涨之后,钒电板块的个股大多进入大幅回调阶段。目前,钒电概念的26只股票中,还保持上升通道的仅有ST海越、银龙股份。那么,这一轮大规模钒电投资会成为钒电板块个股的转机吗?

谁能替代锂电?

这个问题确实不好回答,但钒电将成为新能源市场的新宠则并非空穴来风。

不久前的6月29日,国家能源局发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》,其中明确了中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池

这意味着,三元锂等电池将被排除在大规模储能领域之外。

稍微普及一下常识,三元锂电池能量密度是磷酸铁锂电池能量密度的1.7倍,在低温状态下,磷酸铁锂电池充放电的下限值为-20℃,而三元锂电池的下限值为-30℃。但三元材料中镍钴铝18650电池超过180℃就会自加热,起火后很难控制,而磷酸铁锂材料到250℃才会发生放热现象。

小插曲是,国内某家电动汽车厂商在回答电动汽车自燃的问题时,脸不红心不跳地说,他们家的电池不会自燃。不知道底气来自哪儿!

锂电池发展中有两大核心难题。首先是资源的安全性。公开数据显示,2021 年中国锂资源量为510万吨,占全球总资源量的5.6%,锂储量为150 万吨,占全球总储量的6.8%。

也就是说,中国锂资源并非十分丰富,新能源的命脉还不能主要控制在我们的手中。当前,我国锂原料的供应依然有着较高的对外依存度,65%的锂原料都需要进口。后果已经开始显现——在过去一年左右的时间,碳酸锂价格暴涨10倍,整车厂等价值链中下游企业都在为上游的矿主打工,承受巨大的成本压力。

除此之外,锂电池的安全问题也日益凸显。据不完全统计,2011年至2021年的10年间,全球至少发生34起储能电站起火爆炸事故。其中,日本1起、美国2起、比利时1起、中国4起、韩国26起。

其中,32起事故均与锂电池相关,26例为采用三元锂离子的储能电池,2例为磷酸铁锂电池,4例为未透露细节的锂电池。此外,钠硫电池和铅酸电池引发的事故各一例。

而由于光伏、风电近些年快速发展,这些在电源实际对于电厂来说并不友好。一般除核电和火电外的其他电源,比如水电、光伏、风电等都属于“垃圾电”。由于存在波峰波谷,对电网安全造成极大影响。因此,急需大型的储能来配套新能源。

这就倒逼着整个储能产业急需找到一个替代能源,钒电池呼之欲出。

商业化的初级阶段

钒电池全称是全钒氧化还原液流电池。其原理是利用钒氧化物与电极接触发生电化学反应,使化学能转换为电能。钒离子电解液含有化学能,钒电池储能系统将其储存在储罐内,利用外接的泵,将电解液从储罐压入电池堆体内,使得电解液平行流过电极表面并发生电化学反应,从而完成钒电池储能系统的充电或放电。

优点十分突出。首先中国的钒矿资源非常丰富。截至2021年底,全球钒金属储量6300万吨。其中,中国钒矿储量约950万吨,占比39%,位居第一,产量则占全球的68%;二到四位的澳大利亚、俄罗斯和南非储量占比分别为25%、21%和15%。

也就是说,源头供给我们完全能够把控在自己手中,这点是锂电远远不能比拟之处。

其次,钒几乎100%能够被回收利用。据测算,钒电池的充放电次数可以达到1.5万次,一个钒电池储能电站可以使用20年左右。1.5万次什么概念?等于超强的利用率,因此钒价并不具备像锂价一样暴涨的基础。

更加让人激动的是安全性。全钒液流电池的水基电解质特性使得其不会发生燃烧和爆炸,同时电池的功率和容量彼此独立,可以通过添加钒电解液的容量即可以做到容量的扩充,这就决定了其在大容量装机规划上依然安全性较高。这恰恰是现在多种新能源电池的最大痛点。

事实上,中国早在上世纪80年代末就开始研究全钒液流电池技术。1995年,中国工程物理研究院研制了500 W、1 kW的样机,拥有电解质溶液制备、导电塑料成型等专利。

根据国际能源机构(IEA)的预计,到2050年全球储能市场规模将达数万亿美元,中国储能行业也将达到数万亿元的市场体量。其中,按照中国《新能源汽车产业发展规划》和近年来电池行业数据的测算,钒电池所应用的风电储能设备和城市调峰储能设备市场规模将在1.6万亿元左右。到2025年,若钒电池储能交付成本下降至2.5元/Wh,市场空间或将达到404亿元。

肯定有好奇的投资者会问,如此好的东西,为何到现在才开始大力发展。其实,事物都有正反方面。

钒电也有其明显的缺点。核心问题是能量密度较低。钒电池能量密度仅为12-40Wh/kg,其钒电池的容量也仅有锂电池的70%-75%。这就造成钒电池体积大,即便相同能量钒电池所占体积是锂电池的3-5倍,直接导致运送困难,而且不适用电动汽车这种小型的工作场景。

但钒电池是优于铅酸电池。在充放电能量转换方面,钒电池的效率是锂电池的70%-75%,但远高于铅酸电池的45%。

还有个问题就是投资大。钒电池现在的初装本钱大概是锂离子电池的2倍以上,项目总出资本钱会集在3.8-6.0元/Wh左右。由于初装成本较高,钒电池在2小时储能系统上的经济性较差,但4小时储能系统的钒电池和锂电池经济性相差不大。主要是因为钒电池储能时长越长,单位投资成本增加(仅增加电解液成本)小于锂电池。这也意味着,钒电要大力发展,必须规模化发展。

总的来说,钒电池还属于商业化的初期,应用的场景也较为有限,是新能源发展的有益补充。未来,随着技术的创新,解决钒电能量密度、容量问题,让钒电池的不仅应用到大规模的储能电站,更能应用到电动汽车小型的应用场景中。或许到那时,钒电才会迎来真正的井喷式发展。

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发布于:北京市
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